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铜合金粉末粒度对等离子喷焊层组织和性能的影响

马保荣  
【摘要】: 本课题组开发研制的铝青铜合金是一种优秀的耐磨、耐蚀材料。为了进一步将该合金应用于表面工程领域,首先采用氮气雾化法制取三种不同粒度的铝青铜合金粉末,并分析了各种粉末的组织和性能。进一步采用等离子喷焊方法,喷焊工艺参数相同的前提下,将三种不同粒度的合金粉末在45钢基材上制备喷焊层,最后分析三种粒度粉末形成的焊层组织与性能。 运用扫描电镜、X射线衍射、电子探针、能谱仪等方法对铝青铜合金粉末及其等离子喷焊层的显微组织进行了分析和研究。结果表明:采用雾化法制备的铜合金粉末粒度形貌基本接近球形,表面结构光滑平整,致密度较好、粒度分布比较均匀。随着粉末目数的加大,球形度越来越好,流动性也越来越好,但是当粒度达到-280-+320目时流动性反而变差, -200-+250目的粉末流动性最好。通过对喷焊层组织分析,三种粒度合金粉末喷焊层组织都由α固溶体(白色),β固溶体(灰色)及分布在α基体上的K相(黑色)组成。三种粒度合金粉末的喷焊层中的相都是Cu9Al4、AlFe3、AlFe和Fe3Mn7。三种粒度合金粉末的喷焊层均与基材都形成了冶金结合,结合强度良好,其中-200-+250目的粉末形成喷焊层冶金结合区较宽。各种粉末喷焊层的形成具有快速凝固的特点,其微观组织结构也具有快速凝固的组织特征。不同粒度的粉末形成喷焊层对铝青铜喷焊层性能和组织有明显的影响,-200-+250目的粉末形成的喷焊层枝晶更加细小、组织更加均匀。 用HBRV-187.5型布洛维硬度计和HX-1000TM型数字显微硬度计对粉末及喷焊层进行了显微硬度与宏观硬度测试。在岛津AG-10TA型拉伸实验机上进行了结合强度拉伸实验。结果表明:1、随着粉末目数的加大,合金粉末的显微硬度增加,平均显微硬度值为414HV。2、三种粒度粉末喷焊层显微硬度大体上在300-400HV之间起伏变化,其结合层显微硬度峰值都出现在结合层。3、-200-+250目的粉末合金喷焊层表面硬度均匀,硬度值最高,平均值为309HV,-150-+180目和-280-+320目为的粉末合金喷焊层表面硬度不均匀,硬度平均值分别为287HV和293.5HV。4、-200-+250目合金粉末喷焊层的结合强度最高,达421 MPa,而-150-+180目合金粉末等离子喷焊层结合强度最低,只有297.8 MPa。5、从微观断口的形貌分析可以得出粒度在-200-+250目时,微观损伤机理为较明确的孔洞增长、聚合模式,材料具有典型的韧性断口特征,因而说明这一粒度条件下的喷焊涂层具有较好的强度和塑性,这与宏观力学性能测试结果相吻合。


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